上海交通大學“望科學”分營：格物致知物理營

2015年全國青少年高校科學營——上海交通大學“瞭望科學”分營，分為物理營、生物營、計算機營、機器人營和“揚帆深?！贝皩ｎ}營。內容涵蓋了專題講座、動手實踐與課題研究、校園與實驗室參觀、素質拓展訓練、游泳館體驗、高雅藝術欣賞、中華藝術宮與自然博物館參觀等，活動形式多樣、內容繽紛，用生動活潑的方式激發興趣，使營員們瞭望科學，勇攀高峰。其中，格物致知物理營充分發揮自身學科特點，得到了營員的積極參與和普遍好評。

活動簡介

格物致知物理營開展了科普報告、參觀專業實驗室、實踐標準物理實驗和自主設計實驗等多個活動，尤其是其中的實驗部分，極大地激起了營員們對科學研究的興趣和熱情。

整個實驗環節分成兩部分：其一是由物理與天文系致遠物理班的同學向營員介紹他們自主設計的趣味實驗，講述他們在實驗中遇到的問題和解決問題所經歷的酸甜苦辣。之后同學們指導營員對這些實驗進行了親身實踐。

另一是在物理與天文系的基礎物理實驗室進行全息攝影、牛頓環觀測及自制天文望遠鏡3個實驗，其中自制天文望遠鏡環節是由營員自行設計制作方案，并完成望遠鏡的制作。

活動內容

物理專題營充分發揮自身學科特點，以神奇的物理實驗現象牢牢抓住了同學們的眼球。這些趣味實驗或是從生活中常見的現象入手激發營員們的思考，或是要求營員們用簡單的工具和材料親手設計和制作，極大的引發了營員的興趣。活動中還適當引入競爭機制，增加活動的趣味性。

馬格努斯滑翔機

將兩個紙杯粘在一起，繞上橡皮筋，彈射出去，紙杯就成為了一個滑翔機。這個“滑翔機”巧妙地利用了馬格努斯效應——流體力學中因為旋轉物體在不同方向上的相對流速差而導致壓力差的效應。類似的現象就是足球場上的香蕉球及乒乓球臺上的旋轉球。道理看上去簡單，但把效果做好并不容易。同學們不斷嘗試不同的發射方式，試圖找到飛得最遠、留空時間最長的發射方式，有的同學甚至嘗試將多個滑翔機連接到一起發射。

易灑的咖啡杯

當人們端著咖啡杯的時候，經常苦惱的一件事情就是盡管很小心地端著咖啡杯，但在行走時還常常將咖啡灑出來，這里面有什么科學機制嗎？致遠物理班的同學告訴大家這其實是由于受迫振動造成的一種共振現象。雖然在端著咖啡杯行走的時候很小心，但手臂不免還是有微小的振動，如果振動頻率合適的話就會造成咖啡杯的共振，微小的影響很快累積起來從而導致咖啡灑出杯子。聽完理論講解后，在一臺跑步機上，營員們端著不同大小的裝水杯子，以不同的速度運動，探索什么樣的情況下水才不容易潑灑出來。

連通的雙氣球

將兩個一樣的氣球吹成不同的大小，再將它們對接起來會發生什么現象呢？是大氣球里的氣體跑到小氣球里面，還是相反？在一般的理論中，氣球的彈力造成的壓強是跟氣體大小成反比的，也就是說氣球越大，氣球橡膠造成的附加壓強越小，從而導致大氣球的內部壓強比小氣球的內部壓強要小。于是對接后小氣球的氣體會跑到大氣球里去。但事情真是這樣嗎？

在講解同學的實驗中，不僅出現了小氣球中的氣體跑到大氣球中去的現象，也出現了大氣球中的氣體跑到小氣球中去的現象。為什么會這樣？原來橡膠是一種高分子材料，它的形變和受力之間的關系并不像前面說的那么簡單，在比較小的時候，它所造成的附加壓強實際上是隨著體積變大而變大的。而當形變到一定程度后，分子間的相互作用力形式又發生變化，附加壓強又開始隨著體積變大而變大。只有中間大小才像之前理論描述的那樣。同學們將各種大小的氣體連接到一起，觀察它們的變化，間或還能聽到不小心將氣球吹爆的聲音，引起一片笑聲。

如何做一座堅固的長橋

不使用其他任何工具，將一張A4紙加工成一座長橋，目標是使得橋盡量的長而不倒塌。實驗的難點在于橋的不同部分如何穩固地交接在一起，分析哪里是導致橋倒塌的關鍵之處。同學們想出了各式各樣的方法進行嘗試，有的將紙折成瓦楞型，有的將紙折成三角形，有的將紙搓成細棒，還有的專門制作了連接固件。最成功的作品長達接近5張A4紙的長度。

奇妙的環形光

將激光斜照在一根金屬細絲上會出現什么現象呢？講解同學用視頻向同學展示出在地面上會神奇地出現一個圓環。這個實驗既包含了幾何光學的效應又包含了物理光學的效應。教師還向同學們展示了另外一種類似的現象，當激光打到某些光滑的金屬板上時，反射到地面上的是一個光點，而打到另外一些金屬板上時居然也反射出了環形光。同學們好奇地做著各種嘗試，很快就發現了其中的奧秘：那些能反射出環形光的金屬板上其實有著極其細密的紋路。

自制天文望遠鏡

教師先為同學們介紹了基本的光學知識，分析了常見望遠鏡的基本原理，以及相關參數的計算方式。而對于要制作的望遠鏡的設計則完全由同學們自行完成。同學們用了各種方法測定鏡片的焦距，根據提供的材料設計鏡筒的長度、鏡片的固定方式、不同鏡筒之間的連接等。經過1個多小時的努力，所有小組都成功地完成了望遠鏡的設計。

同學們拿著望遠鏡到處觀看，測試自己所制作的望遠鏡的效果。有的同學還自豪地在望遠鏡上簽上了自己的名字。原本實驗中還要利用自制的望遠鏡觀測太陽黑子，可惜天公不作美，實驗的當天一直天陰，于是教師向同學介紹了幾種利用望遠鏡觀測太陽黑子的方法，等待天氣好了同學們可以自己去觀測。

活動總結

完成這些實驗需要學生自己動手設計實驗方案，自行用一些普通的材料自主使用儀器，再完成實驗過程并進行實驗分析。所選擇的實驗貼近生活，又有趣味性，一方面激發學生做實驗的主動性，一方面能夠讓學生體會物理實驗中需要考慮的各個方面細節及其必要性。這樣能更好地讓學生體驗如何做好物理實驗，增加其成就感，增強對科學的興趣。

“這次夏令營，為我開啟了瞭望的起點。在前人搭建的‘瞭望塔上，我看到了面前科學之海的廣闊與美麗，卻也明白我所見的都只是這海域的渺小一隅。感到幸運，因為我們生來便能夠登上歷代科學之人層層搭建的瞭望之塔；感到幸運，因為我能在上海交大這片處處流溢著知識芬芳的科學花園點亮我探索之旅的起點；感到幸運，因為即使所學尚淺，即使一己之力綿薄，我已決定不斷攀登更高的‘塔，做個瞭望科學大海的人。

我滿懷期待地開啟全新的旅程，正如牛頓的另一句名言所說的那樣——瞭望科學，你我都同站在巨人的肩膀上！”

——河南師范大學附屬中學 李慧